UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS
USO DE CEPAS SELECIONADAS DE
Saccharomyces cerevisiae NA PRODUÇÃO DE
CACHAÇA
CÁSSIA ROBERTA CAMPOS
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CÁSSIA ROBERTA CAMPOS
USO DE CEPAS SELECIONADAS DE Saccharomyces cerevisiae NA
PRODUÇÃO DE CACHAÇA
Dissertação apreseniaua a i/iu>i.isiuiiuv -..»...-. de Lavras, como parte das exigências do
Programa de Pós-graduação em Ciências dos Alimentos, para obtenção do título de "Mestre".
Orientador
Profa. Dra. Rosanc Freitas Schwan
OG
. t. l. n.
LAVRAS
MINAS GERAIS - BRASIL
Ficha Catalografica Preparada pela Divisão de Processos Técnicos da
Biblioteca Central da UFLA
Campos, Cássia Roberta
Uso de cepas selecionadas de Saccharomyces cerevisiae na produção de
cachaça / Cássia Roberta Campos. - Lavras : UFLA, 2003.
105 p. :il.
Orientador: Rosanc Freitas Schawan. Dissertação (Mestrado) - UFLA. Bibliografia.
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1. Cachaça. 2. Saccharomyces cerevisie. 3. Fermentação alcoólica. 4. Aguardente. I. Universidade Federal de Lavras. II. Título.
CÁSSIA ROBERTA CAMPOS
USO DE CEPAS SELECIONADAS DE Saccharomyces cerevisiae NA
PRODUÇÃO DE CACHAÇA
Dissertação apresentada à Universidade Federal de Lavras, como parte das exigências do Programa de Pós-graduação em Ciências dos
Alimentos, para obtenção do título de "Mestre".
APROVADA em 27 de fevereiro de 2003
Prof. Eustáquio Sousa Dias UFLA
Prof Hilário Antônio de Castro UFLA
Profà Dra Rosane Freitas Schwan
UFLA (Orientador)
LAVRAS
MINAS GERAIS - BRASIL
Aos meus pais, Sr. José Dias Campos e a Sra.
Terezinha Garcia Zica Dias Campos; aos meus irmãos Alisson e Leticia; ao Guilherme; à professora Rosane Freitas Schwan; ao Sr. Antônio Clartet Sales e aos produtores de Cachaça.
AGRADECIMENTOS
A Deus, pelo dom da vida.
À toda minha família meus pais, irmãos, minha avó, tios, primos pelo
apoio e ao Guilherme pelo incentivo.
À Srta. EsterGarcia Zica pelaconfiança e companheirismo.
À família do Sr. Rafael de Souza Teixeira pela credibilidade.
À professora Dra. Rosane Freitas Schwan pela amizade e transmissão de
conhecimentos, extensivo aos filhos.
Aos professores Romildo e Eustáquio por terem cedido o Laboratório
para realização do experimento, como também pela ajuda na condução do
experimento.
À UFLA pela oportunidade de cursar a pós graduação em nível de
Mestrado.
Aos colegas de laboratório Cidinha, Cláudia Eugênia, Cláudia Labory, Claudinha, Raquel, Cristina, Evânia, Aramália, Fernanda, Marise, Claudinelli, Sílvia, Alexandre, Leidiane, Rogério, Celso, Gabriel, José Luiz, Leonardo Ivani,
Érica, pelo carinho e amizade
Ao Sr. Pascoal Júnior pela disponibilidade e pelas viagens
Às colegas, Luana e Márcia pela presença.
Ao Vinícius pelo tempo que convivemos, obrigado amigo, por não me deixar sozinha, à noite, como também nos finais de semana, no Laboratório de Fungos Medicinais e Comestíveis.
Às secretárias Alcimara, Magda e Giselda, pelo suporte.
Aos colegas, Guimarães, Anete, Cleusa, Vanize e Lamartine, por terem
Às meninas da república, Bianca, Camila, Gislene, Emilia e Priscila,
pelo agradável convívio.ACNPq pela bolsa de estudos eà FAPEMIG pelo suporte financeiro.
Ao Sr. Antônio Claret Sales, familiares e auxiliares, pelo caldo de cana,
como também pelo suporte dado ao experimento.
ÀFAEPE por ter concedido oalambique.
Ao Prof. Disney Ribeiro Dias (UNILAVRAS) agradeço pelas instruções
a mim concedidas.
Ao corpo docente, extensivo a todos os funcionários dos departamentos
de Ciência dos Alimentos e Biologia pela dedicação.
A Betypeloapoio e a Duceli peladescontração.
Ao amigos João Álisson, Jaqueline e Rita por ter compartilhado comigo
do meu sonho.
De modo geral a todos que participaram direta ou indiretamente da
realização do meu experimento.
Vou, mas permanecerá comigo para sempre
as qualidades de cada um de vocês, a sabedoria, aqui adquirida,
e a conquista através da concretização do meu sonho; de ser " Mestre"
/
SUMÁRIO RESUMO. ' ABSTRACT. " 1INTRODUÇÃO 1 2 REFERENCIAL TEÓRICO. 3 3MATERIAISEMÉTODOS. 393.1Leveduras utilizadas epreparo doinóculo. 39
3.2Sistemadeprodução decachaça. 40 3.3 Coleta de amostras. 41 3.4Potencialhidrogeniônico (pH) 42 3.5 Teorde sólidossolúveistotais(Brix) 42 3.6Processofermentativo. 43 3.7Análisemicrobiológica. 44 3.8 Caracterização dascélulas. 45
3.9purificação e manutenção dosisolados deleveduras. 45 3.10Cariotipagem (PFGE-pulsefield gel electrophoresis) 46
3.11Destilação. 47
3.12Análise quimica dacachaça. 49
3.13Análises cromatográficas. 49
3.14 Envelhecimento da cachaça. 50
4 RESULTADOSEDISCUSSÃO. 51
4.1Processosfermentativos embateladassucessivas. 51
4.2Populaçãomicrobiana. 63
4.3Análise quimica das bebidasproduzidas. 78
4.4 Alcoois superiores eÁcidosproduzidos durante afermentação.
87
4.5 Comparação dosprocessosfermentativos. 91
5CONCLUSÕES. 93
RESUMO
CAMPOS, Cássia Roberta. Uso de cepas selecionadas de Saccharomyces
cerevisiae na produção de Cachaça. 2003. 105 p. Dissertação (Mestrado em
Ciências dos Alimentos)- UniversidadeFederal de Lavras, Lavras, MG*
A cachaça, bebida fermento-destilada, produzida a partir do caldo de
cana-de-açúcar, vem expandindo seu mercado de consumo sendo encontrada nas grandes
adegas nacionais, como também no exterior. O processo de produção é natural e
espontâneo e a fermentação é o ponto crítico da produção desta bebida, devido à
presença de microrganismos contaminantes que podem interferir no processo
prejudicando a qualidade. O emprego de cepas selecionadas de Saccharomyces
cerevisiae que persistem e dominam a fermentação é imprescindível para que
esta qualidade seja de fato alcançada. Foram utilizadas três cepas selecionadas de Saccharomyces cerevisiae na produção de cachaça, sendo avaliadas quanto a fermentação e desolação na quantificação de componentes secundários. A cepa
RL11 apresentou o menorperíodo fermentativo, porémteve o menorrendimento
em desfilado. As fermentações realizadas com a cepa RL 11 apresentaram maior
número de microrganismos contaminantes. A S. cerevisiae CAI 16 foi capaz de
persistire dominar a fermentação e apresentou o maior rendimento em destilado. Dentre os compostos analisados por cromatografia gasosa, apresentou o maior teor alcoólico em etanol (43%), como também os maiores valores de álcool 1-propanol , acetato de etila e amílico em fermentados e em destilado a maior concentração de 1-propanol. A cepa FC9 dominou o período fermentativo,
porém devido ao período fermentativo extenso, torna-se inviável para produção
de Cachaça. De modo geral, apresentou os menores valores quantificados nos 10 compostos analisados por cromatografia gasosa. Dos isolados de leveduras de
todas as bateladas do experimento foi observado que morfotipos de colônias diferentes não necessariamente indicam que sejam células de cepas diferentes, o que deve ser confirmado por técnica molecular.
Comitê Orientador: Rosane Freitas Schwan- UFLA (Orientadora), Eustáquio
ABSTRACT
CAMPOS, Cássia Roberta Utilízation of selected strains of Saccharomyces
cerevisiae for the producrion of Cachaça. 2003. 105 p. Dissertação (Mestrado
emCiências dosAlimentos) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, MG.*
Cachaça is a fermented distilled beverage produced firom sugar cane juice, which
is expanding the national and international consumption. The producrion process
is natural and the fermentation step is the criticai point to deal with due to
microbial contamination which may interfere with the quality of final product.
The utilization of selected strains ofSaccharomyces cerevisiae which can persist
and dominate the fermentation process is necessary to reach the final quality
required for consumers. It was used three different Stearns of Saccharomyces
cerevisiae for the producrion of cachaça in relation to fermentation ability and
secondary products formed during fermentation and distillation. The strain RL11
showed the smaller period of fermentation, however hadlhe lowest yield for the
final distilled beverage. The fermentations done with the strain RL 11 showed
great number of contaminant microorganisms. S. cerevisiae CAI 16 was able to
persist and dominate the fermentation despite the wild species and showed the
highest
producrion
yield.
Among
the
compound
analyzed
by gas
chromatography, the fermentations done with CAI16 showed the highest
ethanol concentration (43% v/v). In those samples it was also presented the
highest values for 1-propanol, ethyl acetate e amyl. Thestrain FC9 dominate the
fermentation period, but due to longer period of time required to finish the
fermentation, it is not recommended for cachaça producrion. Generally the
compounds produced by FC9 were less than the ones produced by others strains.
It was also observed that the difference in colonies morfotypes not necessarily
indicate that they are from different strains which should be confirmed by
molecular technique.
Guidance Committee: Rosane Freitas Schwan - UFLA (Major Professor),
1 INTRODUÇÃO
A produção de cana-de-açúcar no Brasil teve início em meados do século XVI, destinando-se principalmente à obtenção de açúcar mascavo e rapadura.
Neste período, apenas uma pequena parte desta produção era reservada à manufatura de aguardente, a qual era consumida em grande escala nas zonas
rurais e, posteriormente, nas periferias das grandes cidades. Atualmente a
aguardente encontra-se presente em todos os segmentos da sociedade brasileira,
(Pataro et ai., 2002).
A aguardente de cana é manufaturada artesanalmente por milhares de produtores de diferentes estados brasileiros. Minas Gerais destaca-se como um dos grandes centros produtores de cachaça artesanal, cuja produção encontra-se em constante ascensão. O número de alambiques neste estado, nos últimos 14 anos, teve um aumento de 1,5 mil para 8466 unidades, com uma estimativa de
produção anual de 120 milhões de litros e um consumo de 170 milhões de litros.
Estima-se que, anualmente, são produzidos 1,5 bilhões de litros de aguardente no Brasil, o que corresponde a um consumo de 30 garrafas por segundo ou 10
litros/habitante/ano (Sebrae, 2001).
A cachaça brasileira também tem buscado a melhoria da qualidade com vistas ao comércio interno e à exportação. Vários processos estão envolvidos para que esta qualidade seja atingida, entre os quais se relacionam o cultivo da cana, o alambique e o tipo de fermentação. A este último relacionam-se outros fatores de grande importância, como composição do mosto, o processo fermentativo envolvido (batelada simples; alimentada, etc) e a condução do mesmo e a recuperação do produto (destilacão para obtenção da aguardente). No processo fermentativo, a levedura utilizada é a principal responsável pela qualidade do produto final (Cleto, 1995). Este microrganismo pode ter pelo
menos duas
origens distintas:
selvagem (presente
na microbiota da
cana/alambique) ou introduzida (selecionada de fermentações anteriores ou de
inóculo comercial). Através de trabalhos realizados na seleção e identificação de
microrganismos biotecnologicamente voltados para a produção de cachaça,
isolados que predominaram numa fermentação podem ser, então, repassados a
outros produtores que buscam um inóculo que lhes traga resultados eficazes, e
que responda aos interesses almejados pelos produtores da mesma, como boa
adaptação ao mosto com teores elevados de álcool e açúcar; dominar a
fermentação; não produzir espuma excessiva; boa rentabilidade em etanol e
fermentar completamente os açúcares (Schwan et ai., 2001).
A seleção de microrganismos vem sendo utilizada com o objetivo de
intensificar a produção de determinado produto, enfatizando as características
desejáveis do mesmo, para uma possível definição de um inóculo voltado para
produção de cachaça.
O uso de cepas selecionadas de Saccharomyces cerervisiae na produção
de cachaça tem como objetivo acelerar a etapa de multiplicação celular bem
como elevar e garantir a qualidade da bebida. Este estudo teve como objetivo
avaliar, dentre três cepas de leveduras, a que melhor se adapatou na produção
desta bebida, destacando a persistência e dominância da cepa inoculada na presença de microrganimos contaminantes. Foi também avaliada a proporção de
2 REFERENCIAL TEÓRICO
Bebidas alcóolicas
Não se sabe ao certo quando teve início o processo de fabricação de
bebidas alcóolicas. Quanto ao álcool, dados relatam que os árabes foram os seus
descobridores, uma vez que foram autores de descrições mais precisas em
meados do século X, supondo que eles criaram os termos-álcool e alambique.
Desde os antigos egípcios, caldeus, gregos e chineses, antes da era Cristã, a
destilação já erarealizada. As primeiras menções sobre álcool na Europa datam
do século XH (Pataro et ai., 2002).A produção de aguardente deve ter começado em vinícolas nas regiões
produtoras de bebidas fermentadas a partir de produtos amiláceos.
Aparentemente suaorigem remonta ao século VII, quando Marcus Grecus teria
destilado vinho tinto e condensado os vapores num elmo, denominado
"alembikos". O nome dadoao produto fermentado era "água-da-vida", acquavite
em italiano, eau-de-vie em francês e uisgebeatha em gaélico. Posteriormente os
alquimistas levaram a fórmula para a França. Ao mesmo tempo, por força da
expansão romana, os árabes, habitantes da Península Sul da Ásia, apossaram-se
da fórmula. Foram eles que descobriram os equipamentos para a destilação,
semelhantes aosque conhecemos hoje. Eles nãousavam a palavra alkuhul, e sim
ai raga, originando a palavra arak, uma aguardente misturada com licores de
anis. Daí espalhou para toda a Europa e Ásia. Da França foi para a Itália. O
destilado de uva ficou conhecido como grappa. Depois entrou em terras
germânicas, onde a partir da cereja se destilava o kirsh. Subiu para a Escócia,
onde se tomou popular o uísque, destilado da cevada sacrificada. Do Oriente
Médio para o Extremo Oriente a aguardente servia para esquentar o frio das
populações onde não se fabricava o vinho. Na Rússia, a vodka de centeio; na
China e no Japão, a fórmula de destilação beneficia o arroz, surgindo o sakê. O
processo de fabricação foi também para Portugal, que utiliza para destilação seu
produto nobre: a uva. Nasce aí a bagaceira (Pataro et ai., 2002). Em sua sede de
exploração e na tentativa de tomar posse das terras recém-descobertas, traz ao
Brasil a cana-de-açúcar, originária da Ásia Meridional. Assim, surgiram os
núcleos de povoamento e agricultura.
Na América do Sul os índios brasileiros já utilizavam bebidas alcóolicas
antes da chegada dos portugueses. Sabe-se que os ameríndios desconheciam o
processo de destilação e que as bebidas por eles usadas eram produzidas a partir
da fermentação de mostos de caju, mandioca, banana-da-terra, milho, ananás,
batata, jenipapo e mel de abelha. De acordo com certos cronistas portugueses e
alemães dos séculos XVI e XVU, o preparo destas bebidas não diferia muito de
uma tribo para outra, sendo comum a utilização de uma técnica conhecida como
'cauinagem'. Tal processo é utilizado na ativação ou iniciação do processo de
fermentação, consistindo, basicamente, namastigação prévia dos frutos ou raízes
usados como matéria prima (Cascudo, 1983; Ihde, 1984).
Com a introdução da cana-de-açúcar no Brasil por Martin Afonso de
Sousa, em 1522, juntamente com a construção dos primeiros engenhos na
década de trinta desse mesmo século, tomou-se possível a obtenção, a partir da
borrado caldo de cana (garapa), uma bebida que foi inicialmente destinada aos escravos. Com o aperfeiçoamento das técnicas de destilação, ocorreu a
vulgarização da Cachaça e outras bebidas destiladas na Europa (Carvalho &
Silva, 1988).
De acordo com a legislação brasileira, a bebida alcoólica é definida
como um produto refrescante, aperitivo ou estimulante destinado à ingestão
humana no estado liquido, sem finalidade medicamentosa, exigindo que o
produto destilo-retificado obtido de mosto fermentado seja o álcool etilico
As bebidas alcóolicas são classificadas em dois grupos: fermentadas e
destiladas, sendo que nas últimas o mosto após a fermentação sofre algum
processo de destilação.As bebidas fermentadas são preparadas por fermentação e operações
posteriores de clarificação e acabamento; entre elas encontram-se o vinho,
obtido de uvas e outras frutas, os fermentados obtidos de grãos e de outras partes
vegetais, fermentados de seiva e fermentados demel.
Em bebidas alcoólicas o álcool em maior concentração é o etílico ou
etanol, um liquido incolor, límpido, de cheiro cáustico e ardente, miscível em
água, peso específico 0,7932 a 15 °C, massa específica 0,7830 g/L a 20 *C,
temperatura de ebulição 78,35 °C, temperatura de solidificação -135 C,
inflamável, bactericida, solvente de diversos compostos orgânicos e inorgânicos
(Bourgeais, 1995).
Bebidas alcóolicas possuem características próprias de aroma e sabor
conferidas pela presença de diversos constituintes do processo fermentativo.
Além do etanol, muitos compostos orgânicos, como alcoois superiores, ácidos
orgânicos e esteies podem estar presentes. Do ponto de vista microbiológico, a
variação qualitativa e quantitativa destes produtos é devida à estirpe de levedura
utilizada (Mendonça, 1999). De acordo com Demain (2000), todas as bebidas
alcoólicas são produzidas por fermentação, sendo que algumas podem sofrer
destilação após o processo fermentativo.
Bebida destilada: Cachaça
O aparecimento das bebidas destiladas está relacionado com o
surgimento dos alambiques, cujo princípio era separar as substâncias voláteis
entre as fases líquidae vapor de um produto quente, no qual permite recolher o
A destilação pode acentuar intermediários indesejáveis na obtenção da
bebida. Este incoveniente pode ser evitado através de um controle rígido de
variáveis como pH, °Brix, temperatura e higiene, durante toda a fabricação,
somando-se a isto umamatéria-prima de boaqualidade.
A história da cachaça se confunde com a própria história do Brasil.
Antigamente era considerada 'Aguardente' a bebida alcoólica fermentada a
partir do caldo de cana, e 'cachaça' a bebida produzida a partir do melaço de
cana. Hoje, a bebida produzida tanto a partir do melaço quanto do caldo
proveniente de cana-de-açúcar de modo artesanal é denominada de cachaça e
aguardente, chamada a bebida alcoólica derivada do caldo de cana através de
produção industrial (Cardoso, 2001). Atualmente, existem em Minas Gerais 8466 produtores, caracterizados por uma produção essencialmente artesanal. Em
várias regiões as práticas tradicionais de fermentação,provenientes dos séculos XVIII e XIX, ainda são utlizadas.
Matéria-prima
A cana-de-açúcar é uma planta pertencente à classe das Monocotiledôneas, família Poaceae (Gramíneas), do gênero Saccharum. Tem a característica de adaptar-se perfeitamente a climas tropicais e subtropicais (Andrade, 2001)
O Brasil tem uma área plantada com cana-de-açúcar de aproximadamente 4,3 milhões de ha, sendo o maior produtor mundial de cana (cerca de 275 milhões de t/ano, 30% da produção mundial). O Estado de São Paulo é o principal produtor (135 milhões de t/ano, aproximadamente 50% da produção nacional), enquanto que Minas Gerais é o quarto maior produtor(cerca de 18 milhões de t/ano, 7% da produção nacional) (Andrade, 2001).
A cana durante seu ciclo vegetativo atravessa normalmente dois períodos distintos com relação à formação de sacarose. O período inicial é marcado pelo
crescimento végetativo intenso, acompanhado por uma gradual formação de
sacarose nos internódios adultos. E no período seguinte, ocorre umapredominante formação de sacarose, ocasionado pela escassez dos principais
fatores responsáveis pelo desenvolvimento végetativo que são a umidade e o
calor (Andrade, 2001).
De maneira geral, a composição química da cana é resultante da
interação de vários fatores, divergindo dentro de uma mesma região, as
condições climáticas, as propriedades físicas, químicas e microbiológicas do
solo, com o tipo de cultivo empregado, com a variedade e a idade da cana,
irrigação, intensidade de desponte, estágio de maturação, condições e tempo de
armazenamento. Da composição da cana-de-açúcar, 99% são devidos aos
elementos hidrogênio, oxigênio e carbono. Sua distribuição no colmo, em média,
é de 74,5% deágua, 25% de matéria orgânica e 0,5% emmatéria mineral.
Inóculo
A cachaça é obtida a partir de uma fermentação natural de caldo de
cana-de-açúcar recém cortada e moida. A inoculação de microrganismos
selvagens é oriunda dos materiais e substratos utilizados para o preparo do
inóculo ou pé-de-cuba. Este inóculo selvagem geralmente é obtido através do
caldo de cana não diluído acrescido de arroz, farinha de milho, biscoito de sal e
suco de limão ou laranja azeda. Este processo propicia condições para que
leveduras selvagens se multipliquem garantindo a dominância na fermentação
(Schwan et ai., 2001). Durante aproximadamente 7 dias é acrescentado caldo de
cana até que o mesmo atinja 20% do volume da dorna principal, onde será
inoculado e adicionado caldo de cana até completar o seu volume total. O
inóculo inicial consiste de uma população mista de leveduras emtomo de 3,6 x
IO9 UFC/mL, e de 3,6x 104 UFC/mL de bactérias (Schwan et ai., 2001).
A população microbiana desenvolvida no fermento selvagem é
geralmente dominada pela levedura Saccharomyces cerevisiae. Outras espécies
de leveduras também já foram encontradas em baixas concentrações. Em função
da variação na microbiota, acachaça produzida pode apresentar alterações na
qualidade ao longo da safra eentre safras diferentes. Desta maneira autilização
de linhagens selecionadas de Saccharomyces cerevisiae, isoladas da fermentação
da cachaça na preparação do fermento imciador, toma possível o processo
fermentativo, evitando problemas com contaminações (Pataro et ai.. 2002).
Atualmente obtêm-se, em laboratório, leveduras selecionadas que têm
demonstrado uma boa eficiência, as quais são acrescentadas em caldo diluído e,
em tomo de três dias, oprodutor terá ovolume correspondente àdoma principal,
para posterior fermentação. Sendo um fermento definido, a contaminação por
bactérias e/ou outras leveduras competidoras de substrato é menos propícia. As
leveduras para este tipo de inoculação são obtidas de isolamentos de cepas que
apresentaram sucesso em fermentações anteriores, as quais são colecionadas em
laboratório (Pataro et ai., 2002).
Fermentação
A fermentação é um processo espontâneo, obtido através da
contaminação de microrganismos em substratos. Foi considerada um processo
metabólico exclusivo de microrganismos, ocorrendo na ausência de oxigênio.
Atualmente é considerada um processo no qual a fosforilação ocorre em
presença de substrato (Caldwell, 1995).
Nas destilarias de cachaça, a produção da bebida inicia-se com a
obtenção do caldo de cana através da prensagem da cana nas moendas. Este
caldo é filtrado e clarificado por decantação, a qual retira parte das impurezas
em suspensão. O caldo obtido pela moagem de cana-de-açúcar é constituído de
água entre 78 e 86%, sacarose entre 11 e 18%, açúcares redutores entre 0,2 e
(Aquarone, 2001). O caldo de cana-de-açúcar a ser fermentado apresenta
normalmente valores de pH entre 5,2 e 5,8. A fermentação ideal ocorre com o
caldo de cananuma concentração de açúcar entre 14 e 16°Brix.
De acordo com Caldwell (1995), na área da biotecnologia o principal aspecto da fermentação são quais os produtos que poderão ser obtidos a partir da mesma. O processo de fermentação ocorre graças à ação de enzimas provenientes de certos microrganismos, tais como as leveduras, que transformam os açúcares, susceptíveis à fermentação, presentes no mosto. em etanol, metanol, gás carbônico, glicerina, ácido succinico e outros produtos formados em quantidades menos relevantes, tais como ácidos carboxílicos,
esteres, aldeídos e bidrocarbonetos superiores (Aquarone et ai., 1983; Piggott et
ai, 1989).
Vários são os produtos derivados de fermentações, que diferem de acordo com os microrganismos, substratos e das enzimas que estão presentes e
ativas. A Tabela 1 relaciona os microrganismos com seus respectivos produtos
finais da fermentação.
TABELA 1 Produtos finais de várias fermentações microbianas.
Micorganismos Produtos finais da fermentação Strepíococcus, Lactobacillus Ácido tático
Saccharomyces Etanol e C02
Propionibacterium Ácido propiônico, ácido acético, COj e H20
Clastridium Ácido butírico, butanol, acetona, álcool isopropflico e CO2
Escherichia, Salmonella Etanol, ácido lático, ácido succinico, ácido acético, CO2 e H20 Enterobacter Etanol, ácido lático, ácido fórmico, butanodiol, acetoína, CO2 e
HtO
A grande maioria dos organismos fermentadores tem em comum o fato
de metabolizar a fonte de carbono até o pimvato, e deste sintetizar outros
compostos orgânicos retentores de energia, como o ácido lático (fermentação
Iática), ácido acético (fermentação acética), etanol (fermentação alcoólica),
ácido propiônico e outros (Lehninger et ai, 2000).
A fermentação do caldo de cana é completada em aproximadamente 24
horas, quando asleveduras decantam no fundo da doma, e depois de retirada do
sobrenadante, serão recicladas com adição de novo caldo, diluído em tomo de 16
°Brix a uma temperatura de 30 °C. A diluição do caldo de cana é realizada, uma
vez que o alto teor de °Brix é limitante para a célula, que convertendo muito
açúcar em etanol, logo no início da fermentação sofrerá estresse pela grande
quantidade final do mesmo; devendo ser controlado de tal forma que caia
l°Brix/h e no final da fermentação esteja zerado, demonstrando boa
fermentação, (Schwan et ai, 2001).
Os três principais sistemas industriais utilizados atualmente são: a
batelada simples (sistema descontínuo), a batelada alimentada (sistema semicontínuo) e o sistema contínuo (Borzani, 1975; Doin, 1975; Cruger, 1993).
Outros dois processos foram desenvolvidos por Andrieta & Stupiello (1990), para a produção de álcool combustível, o contínuo em múltiplo estágio e a batelada continua.
O sistema de fermentação mais utilizado por produtores de cachaça artesanal é o de batelada simples com reciclagem do inóculo. Este método consiste na inoculação de uma doma com o pé-de-cuba. Quando na multiplicação celular esta doma é completada em seu volume final, passa-se a metade do conteúdo para uma dorna vazia (corte de dorna) e, em seguida, completa-se o volume das duas dornas com o caldo a ser fermentado (Pataro et ai, 2002). Esta fermentação consiste de três fases: fermentação inicial ou
pré-fermentação; fermentação principal ou tumultuosa; fermentação final, lenta ou pós-fermentação.
Na fermentação inicial, o mosto definitivo apresenta uma quantidade de O2 necessário para a multiplicação inicial das leveduras caracterizando esta fase, na qual se observa somente o crescimento da colônia de levedura. A
fermentação principal c iniciada quando o O2 do mosto termina,
caracterizando-se pela paralisação da produção das leveduras que passam a elaborar a enzima, que ataca os açúcares transformando-os em álcool e gás carbônico. Com o desprendimento de gás carbônico haverá a formação de bolhas no mosto. Observa-se, ainda um aroma característico, semelhante ao de maçãs maduras, um aumento acentuado da temperatura e haverá normalmente uma queda do
°Brix e um aumento do grau alcóolico do mosto. Já na fermentação final as
bolhas começam a diminuir, a temperatura cai vagarosamente, porém ainda há um pequeno desprendimento de gás carbônico. Esta fase final termina quando
ocorre uma paralisação total do desprendimento de gás carbônico, o
desaparecimento das bolhas e a volta da temperatura ambiente (Lima et ai,
1983).
Da mesma maneira pH e temperatura do mosto cm fermentação deve ser controlado para não permitir desenvolvimento de microrganismos
contaminantes. De acordo com Schwan et ai. (2001), em valores de pH próximos a 4 e temperatura acima de 32 C, as contaminações podem ocorrer.
Alguns estudos cromatográficos mostraram a ausência de sacarose nas
dornas de fermentação, visto que em função do aumento da temperatura do
mosto, esse açúcar sofre hidrólise espontânea em glicose e frutose, assim com grande quantidade de invertasc na base da doma de fermentação a enzima
hidrolisa o substrato fresco conforme ele chega lentamente (Schwan et ai,
2001). A glicose é rapidamente convertida em etanol devido à sua fácil permeabilidade na membrana celular, enquanto que a frutose permanece por um
período de tempo maior, devido ao fato de que há grande quantidade de etanol
no meio, pois toda aglicose já foi convertida, oque dificulta aabsorção desse
açúcar (Leão et ai, 1982,1985). Entretanto, de acordo com Iglesias et ai. (1991),
há algumas evidências de que otransporte da frutose não é severamente afetado
pelo etanol.
Destilação
Após a fermentação, omosto fermentado éenviado ao alambique e será
aquecido, emitindo vapores com composição química mais rica em componentes
voláteis do que a fração líquida remanescente, obtendo, desta maneira, uma
cachaça de 38 a48% de teor alcoólico, medida que expressa a concentração de
álcool em bebidas destiladas, a partir do vinho cuja concentração em álcool é
apenas de 7 à 8.
No alambique, por ebulição, serão separados os compostos resultantes da
fermentação, de acordo com ponto de ebulição característico de cada substância.
Sabe-se que nas primeiras porções da destilação, chamada de cabeça, os
produtos são mais voláteis que o álcool e saem na primeira destilação, na qual a
maior concentração éde metanol, constituindo metabólitos indesejáveis; oálcool
etílico, que apresenta ponto de ebulição de 78,5°C, constitui a segunda porção da
destilação, também chamada de coração, o qual resulta na cachaça com teor
alcoólico entre 38 e 48°. Os produtos menos voláteis que o álcool etílico são
obtidos na última porção de destilação, chamada de cauda, composta de ácidos
voláteis e alcoois superiores, os quais devem permanecer no vinhoto, ou serem
transferidos em porções discretas e suficientes ao coração para a caracterização
da bebida.
Os açúcares residuais e os compostos sulfurados podem sofrer
transformações químicas durante o aquecimento do vinho, no alambique,
afetando aqualidade da bebida. A presença de açúcares residuais ou bagacilho,
no vinho poderá formar compostos indesejáveis, catalisados pelo aumento da
temperatura e pelo pH ácido do vinho, desidratando os açúcares e hidrolisando
celulose, hemicelulose e pectina, como também outros polissacarídeos do
bagacilho, seguido da desidratação dos monômeros de hexoses e pentoses,
originando Mdroximetilfurfural e furfural, respectivamente (Maia, 1994).
Os compostos sulfurados encontrados nos vinhos são provenientes da degradação de aminoácidos como metionina, cisteina, cistina e outros
compostos; os que contêm enxofre na forma de sulfato ou pontes de dissulfetos,
representam a maior proporção e são geralmente não-voláteis; enquanto uma
pequena fração corresponde ao gás sulfidrico e mercaptanas. Durante a destilação o gás sulfidrico é eliminado. A presença de cobre no alambique é considerado favorável, uma vez que o íon catalisa a oxidação das mercaptanas
(líquidos voláteis que, presentes mesmo em níveis de partes por bilhão conferem
aroma desagradável a cachaça) convertendo-os em sulfetos e dissulfetos e
minimizando sua ocorrência na bebida destilada.
Em bebidas destiladas os componentes orgânicos retentores de energia
consistem principalmente de etanol; entretanto, há a formação de outras
substâncias, denominadas compostos secundários, os quais, que devido à sua
volatilização, são destilados juntamente com o etanol, conferindo nas diferentes
aguardentes suas caraterísticas peculiares, definido como o "flavor" da bebida.
A natureza e a proporção desses compostos secundários são definidos pela característica da matéria-prima da fermentação, na qual a cepa de levedura exercera grande influência na destilação e no envelhecimento (Cleto, 1997).
Produtos oriundos da fermentação e destilação
A fermentação ocorre, quando sob condições anaeróbicas, as leveduras cessam sua multiplicação e revertem seu metabolismo para a formação de compostos orgânicos passíveis de armazenamento de energia. A indução da
formação de alguns destes compostos éabase da biotecnologia para aobtenção
de produtos de interesse industrial. No caso de bebidas alcoólicas, não só o
etanol, mas substâncias como glicerol, esteres, alcoois, entre outros, são
responsáveis pela formação do aroma que caracterizam o produto final
(Lehtonen &Suomalainen, 1977; Watson, 1993; Lurton etal, 1995).
A cachaça apresenta em sua composição substâncias inorgânicas como
metais e outros, e substâncias orgânicas como componentes primários e
secundários resultantes da atividade de microrganismos. O etanol é um dos
principais metabólitos primários formado durante o processo; este composto é
formado a partir da clássica via de Embden-Meyerhof-Parnas, ou via glicolítica,
sob condições de anaerobiose. A partir de monossacarideos (glicose, frutose,
manose), basicamente, as células produzem pimvato sob a ação de várias
enzimas em várias reações (Rose, 1977; Beiry & Brown, 1987).
Os componentes da cachaça classificados como secundários constituem
um grupo de produtos hidrocarbonetos carbonilados superiores, isto é, com três
ou mais átomos de carbono. Esses compostos, especialmente os esteres e
aldeídos, são responsáveis pelo aroma e sabor dos destilados em geral (Valsechi,
1960; Aquarone et ai, 1983). Para que a bebida apresente um agradável e
característico "bouquet", a fermentação deve ser direcionada de modo a formar
uma proporção harmônica de produtos secundários.
Os principais componentes secundários formados durante a fermentação
alcoólica são os aldeídos, alcoois e esteres. Em menores proporções formam-se
também cetonas, compostos fenólicos, esteres, aminas, mercaptanas. Outros
compostos presentes na fermentação contêm mais de um grupo funcional
correspondentes a diferentes classes, como no caso de glicerol, 2,3-butanodiol,
acetoína, ácido pirúvico, ácido citrico, ácido succinico, etc(Maia, 1994).
Furtado (1995) identificou 10 componentes em cachaça recém-destilada
por cromatografia gasosa, e encontrou os seguintes compostos:acetaldeído,
acetato de etila, metanol, etanol, n-propanol, 2-butanol, isobutanol, n-butanol,
álcool isoamílico e ácido acético. Boza & Horii (1998), também identificaram,
em amostras de aguardente industrial por cromatografia gasosa, aldeído acético, acetona, acetato de etila, n-propanol, metanol, dentre outros.
Nonato (1999) identificou 38 compostos através da micro extração em fase sólida em uma das amostras de Cachaça produzida por fermentação
espontânea, analisandoa bebida envelhecida. Gomes (2002), utilizando a mesma técnica porém com cachaças recém-destiladas e não submetidas ao
envelhecimento, identificou entre 13-14 compostos.
Cachaças classificadas por suas características organolépticos, como de
boa qualidade, apresentam somente os alcoois n-propanol, isobutanol e
isoamílico, Almeida & Barreto (1972). Faria (1996) descreveu que entre os
compostos quantificados, apenas o propanol apresentou correlação estatisticamente significativa com os atributos de sabor e de impressão global. Boza & Horii (1998) verificaram que a qualidade sensorial era diretamente proporcional à concentração de alcoois superiores e inversamente proporcional aos teores de n-propanol e de acidez. Oliveira (2001) verificou que a adição de fubá de milho no processo fermentativo, além de reduzir a concentração do n-propanol, diminui também a acidez total da cachaça.
A legislação brasileira atual diz que as quantidades de impurezas totais, excluindo-se o etanol, em aguardentes de cana-de-açúcar devem estar dentro dos
limites de 200 mg a 650 mg de impurezapara cada 100 mL de álcool anidro. O
teor de glicerol na bebida pode chegar a 10% da concentração de etanol, e os demais compostos secundários estão geralmente inferiores a 0,1% dessa concentração. A soma dos componentes voláteis (aldeídos, ácidos, esteres, furfural e alcoois superiores) não pode ser inferior a 200mg/100mL de álcool
Os métodos analíticos usuais não identificam separadamente cada
substância, mas o peso total do conjunto de substâncias pertencentes a
determinada classe funcional; desta maneira todos os aldeídos presentes são
dosados pelo teor equivalente em acetaldeído, ácidos em ácido acético e os
esteres presentes em acetato de etila. Porém os alcoois têm dosagens específicas,
analisando separadamente metanol e alcoois superiores cujo teor equivalente é
expresso em álcool isoamílico, analisando, também separadamente, entre os aldeídos, o conteúdo de furfural (Suomalainen, 1979).
Alcoois superiores
Os alcoois com mais de dois átomos de carbono formados durante o
processo oxidativo são vulgarmente conhecidos como óleo fusel. São
provenientes, geralmente, de reações de degradação de aminoácidos que
ocorrem durante o processo de fermentação, ou pelas vias de degradação do
próprioaçúcar, dentro das leveduras.
A formação dos alcoois superiores também pode ser influenciada por
variáveis, tais como: concentração de aminoácidos e pH do meio reacional, geralmente abaixo de 4,0, chegam a aumentar a produção de alcoois superiores em até 80%; temperatura muito alta de fermentação pode aumentar a produção de óleo fusel em até 40%; como também o nível de inoculação e intervalo de
tempo entre a fermentação e a destilação (Crowell et ai, 1961; Ayrapaa, 1970;
Engan, 1970). Um outro fator que contribui com o aumento desses alcoois se refere ao armazenamento de cana para posteriormente ser moída, como também a utilização da ponta da cana que é rica em aminoácidos, os quais aumentam a produção de alcoois superiores.
Alcoois superiores contendo três a cinco átomos de carbono, apresentam
odores característicos, freqüentemente, encontrados em bebidas destiladas, como: butanol, glicerol, isopropanol, 3-metil-propanol, 2,3-butanodioI, álcool
amilico, álcool isoamílico. Os alcoois amílico, propílico e respectivos isômeros
originam o odor da bebida, possuindo aromas Característicos.
Os alcoois com mais de cinco átomos de carbono geralmente apresentam
um aspecto oleoso, alguns deles com odores similares aos encontrados nas
flores. O isopropanol não é produzido por leveduras do tipo Saccharomyces
cerevisiae, podendo ocorrer no mosto como produto da ação de bactérias
contaminantes, tal comoo Clostridium (Novaes et ai, 1974; Borzani et ai, 1975
e Piggott et ai, 1989).
O metanol é um álcool indesejável em bebidas alcoólicas. Sua ingestão,
mesmo em quantidades reduzidas, em longos períodos de consumo, pode
ocasionar cegueira ou mesmo a morte. Durante o processo de produção de
cachaça o metanol pode ser formado pela degradação da pectina ou pela
atividade microbiana (Cardoso, 1998).Glicerol
O glicerol é um poliálcool formado na via glicolítica, pela grande
maioria dos microrganismos fermentadores. De maneira geral, a molécula de
glicerol resulta da redução e desfoforilação da diidroxicetona-fosfato, originada
da cisão da molécula de frutose 1,6-bifosfato pela enzima aldolase (Rose, 1978;
Vogt et ai, 1984; Berry& Brown, 1987; Lehninger et ai, 2000).
Um dos aspectos interessantes da produção de glicerol é que ele está
envolvido com a regulação da produção de etanol. Em condições normais de
crescimento, a maioria da glicose assimilada por Saccharomyces cerevisiae é
convertida em etanol. Nesse processo, o NADT é primeiramente reduzido a
NADH, que será reoxidado durante a redução do acetaldeido para formação de
etanol. Uma pequena porção de NADH é desviada e usada na redução da
diidroxicetona-fosfato a glicerol-fosfàto, o qual é desfosforilado e gera glicerol.
haver um desvio de rota e o NADH formado será utilizado para formação de
glicerol, ao invés de etanol (Spencer & Spencer, 1978; Berry & Brown, 1987;
Myers et ai, 1997; Flikweert et ai, 1997; Remize et ai, 1999).
Uma característica importante do glicerol é sua capacidade de agir como
um metabólito osmoregulador no meio fermentativo, pois, em meio com baixa
atividade de água, asua produção sofre um aumento determinado pela presença
de sais e açúcares. Essa propriedade aumenta a capacidade da levedura de
resistir às taxas mais elevadas de solutos (Jovall et ai, 1990; Tokuoka, 1993).
Aldeídos
Os aldeídos são compostos muito voláteis, de odor penetrante, que
afetam o aroma das bebidas alcoólicas, são intermediários da fonnação dos
alcoois formados pela descarboxilação de oxiácidos, ou então, pela oxidação
destes alcoois.
Os aldeídos de até oito átomos de carbono têm aromas penetrantes,
geralmente enjoativos e são considerados indesejáveis em bebidas destiladas;
porém os aldeídos com mais de dez átomos de carbono apresentam aroma
agradável (Maia, 1994). Durante a destilação, uma grande parte dos aldeídos
presentes no vinho é separado como composto integrante da porção cabeça.
O principal aldeido associado à fermentação alcoólica é o acetaldeido.
Em fermentações, normalmente, esse composto é resultado da ação de leveduras
durante estágios preliminares desse processo, aparecendo durante as primeiras
horas, mas tende a diminuir, podendo praticamente desaparecer no estágio final
da fermentação, quando a aeração do mosto nas últimas horas de fermentação é
minimizada (Cleto, 1997) ocorrendo a oxidação a ácido acético (Cardoso, 2001).
Os demais aldeídos são obtidos, provavelmente, a partir da oxidação de
álcoois superiores provenientes da degradação de aminoácidos gerados pela
hidrólise de proteínas. Embora alguns deles possam ter aroma agradável, não é
conveniente favorecer tal degradação, pois ela é geralmente acompanhada de
reações que propiciam a formação de mercaptanas pela degradação dos
aminoácidos cistina e cisteína, possuindo aroma extremamente desagradável
(Cleto, 1997).
O furfural e o hidroximetilfurfural não são formados durante a
fermentação, esses aldeídos podem estar presentes no caldo de cana quando a
colheita é precedida da queima da folhagem, o que acarreta a desidratação
parcial de pequena fração dos açúcares presentes na cana-de-açúcar. Quando
nesse processo estão envolvidas as pentoses (presentes na hemicelulose oriunda do bagaço de cana) sua desidratação parcial leva a produção do 2-furfuraldeído
ou furfural; se a desidratação ocorre sobre moléculas de hexoses, tais como a
glicose, que estão presentes na forma livre ou ligada no caldo de cana, forma o
composto 5-M(iroximetü-2-2furfuraldeído ou hidroximetilfurfural (Cleto, 1997).
Esteres
Os esteres, geralmente, são formados através de reações de esterificação
entre os álcoois e ácidos carboxilicos, formados durante o processo oxidativo. O
acetato de etila é o principal éster encontrado na cachaça, formado quando uma pequena parte do etanol reage intracelularmente com o ácido acético; da mesma
maneira, outros álcoois produzidos intracelularmente reagem, em parte, com o
ácido acético, formando outros esteres (Maia, 1994).
O acetato de etila corresponde a cerca de 89% do conteúdo total de esteres de Cachaça, e é responsável, quando presente em pequenas porções na bebida, pela incorporação de um aroma agradável de frutas, desejável em bebidas destiladas. Entretanto, em grandes quantidades esse composto confere à Cachaça um sabor enjoativo e indesejado (Cardoso, 1998).
De acordo com Maia (1994), o aroma de esteres é mais acentuado quando o álcool que os compõe é de baixo peso molecular. Além disso, cada
éster tem seu aroma peculiar. Os acetatos de etila e de butila apresentam aroma
frutado, acetato de isoamila e o butirato de amila têm aroma de banana,
enquanto que os acetatos de álcoois maiores têm aroma cítrico, só que menos
pungente do que os esteres de álcoois menores.
Reações de esterificação também podem ocorrer durante o
envelhecimento da bebida, porém em uma velocidade bem menor, requerendo
de vários meses a anos, para equiparar-se ao teor produzido intracelularmente
(Maia, 1994).
Ácidos
Os ácidos fórmico, acético e lático, oriundos do metabolismo microbiano
contaminate durante o processo fermentativo do caldo de cana-de-açúcar, podem
provocar a formação de sabores indesejáveis no produto final resultantes das
atividades microbianas.
O ácido lático se forma devido à presença de bactérias formadoras do
ácidolático, que atacam os açúcares e os álcoois superiores. O ácido acético, que também se forma ao lado do aldeido acético, tem sua origem na atividade vital das células de certos microrganismos. Segundo Maia (1994), o ácido acético é um co-produto normal da fermentação alcoólica realizada pela Saccharomyces
cerevisiae, sendo favorecida sob condições rigorosas de assepsia, durante um
período de tempo prolongado. Na presença de oxigênio, podem-se converter até
30% do açúcar em ácido acético; na ausência do mesmo, Saccharomyces
cerevisiae produz apenas pequenas quantidades de ácido acético.
Mesmo nas melhores fermentações, uma pequena parte do açúcar se converte em ácido acético, que pode aparecerno mosto fermentado em níveis de até 0,8 g de ácido acético por litro, ou um pouco mais. A aeração do mosto durante a fermentação pode acarretar conversão de até 30% do açúcar em ácido acético, mesmo que não haja contaminação por bactérias acéticas (Maia, 1994).
Segundo Faria (1989), além do ácido acético podemos observar,
também, a formação de vários outros ácidos carboxílicos mais pesados,
formados pela oxidação dos componentes secundários da cabeça (álcoois e aldeídos superiores), tais como ácido cítrico, pirúvico. málico, maléico, oxalacético e outros, associados à degradação de açúcar. A grande maioria
destes ácidos fica, geralmente, retida no vinhoto durante a etapa de destilação.
Existemainda os ácidos graxos que são produzidos durante o período de aeração do pé-de-cuba, onde as leveduras iniciam uma intensa produção destes, que
serão destinados à sua reprodução celular.
Em proporções bem menores formam-se os ácidos butirico, capróico,
caprilico e cáprico, associados à mudança do mosto da fase de propagação para a
fase de fermentação, os quais, durante a fermentação, têm efeito tóxico, sendo
um dos motivos da perda de viabilidade celular (Maia, 1994).
Metais
Os metais que se encontram presentes na bebida são o litio, sódio, potássio, magnésio, alumínio, manganês, ferro, cobre, cromo, níquel, zinco,
cádmio, mercúrio, chumbo e o cobalto; como também os ácidos minerais sulfürico, clorídrico e 'azinhavre' (Cu C03 Cu (OH^), sendo que a concentração
média destes metais, segundoa legislação brasileira,é de no máximo 5 mg/L.
A quantificação de metais em cachaça é efetuada com diversas
finalidades, sendo a mais importante a verificação da presença de espécies metálicas em níveis tóxicos, atendendo às especificações exigidas pela
legislação. A presença de cátions, tais como os dos metais Cu, Fe e outros, sob
condições favoráveis, podem precipitar na forma de sais, tomando o destilado
turvo, que deprecia economicamente o produto em questão (Rose & Harrison,
O cobre é um elemento encontrado na constituição do material utilizado
na construção de alambiques. Este metal contribui na eUminação de
determinados odores desagradáveis, observados em cachaça destilada em
alambique confeccionado com materiais onde não está presente este metal, tal
como aço inox. Este elemento, de acordo com a legislação competente, pode
estar presente na cachaça na quantidade de 5 mg/L. Normalmente a cachaça
apresenta teores de cobre maior do que aqueles encontrados nos vinhos, já que
este metal provêm dos destiladores. O cobre também ocorre nos solos, mas
apenas, em pequenas quantidades, podendo ocorrer contaminação pelo uso
incorreto de agrotóxicos cúpricos (Faria, 1989).
A contaminação da bebida pelo cobre se deve à formação de carbonato
de cobre na superfície do metal, que é solubilizado pelos vapores ácidos
produzidos durante a destilação e, por arraste, conduz à contaminação do
produto final poríons de cobre(Cardoso, 2001).
Envelhecimento
O envelhecimento da cachaça é feito em barril de madeira, cujas
características naturais proporcionarão uma bebida de melhor qualidade, através
do enobrecimento do produto. A madeira é composta por inúmeros polímeros
que são originados de um monômero básico que é a glicose, dentre eles estão
celulose, hemicelulose e lignina; esses polímeros complexos serão entrelaçados,
formando a parede celular da madeira. A deposição de taninos, gorduras, resinas
e carboidratos formará o ceme. Estas substâncias determinarão a qualidade da
madeira, resultando em sua melhor utilização ou uso final, tanto no
envelhecimento, quanto na construção de barris (Mendes et ai, 2001).
A cachaça recém destilada é transparente e etérea, porém adquire uma
tonalidade vanilada após envelhecimento em barril de madeira, na qual, de um a
dois anos, pode-se perceber o odor típico de madeira e tonalidade acentuada,
embora o paladar torna-se mais adstringente devido aos taninos provenientes da
madeira. De acordo com Maia (1994) com três anos de envelhecimento o odor
desta bebida torna-se harmonioso e arredondado.
Para que ocorram as transformações químicas associadas ao processo de
maturação e envelhecimento, a cachaçadeve passar por alguns processos como:
reações entre os compostos secundários provenientes da destilação; extração
direta de componentes da madeira; decomposição de macromoléculas da
madeira como: lignina, celulose, hemicelulose e sua incorporação na bebida;
transformações dos materiais extraídos da madeira; reações de compostos
voláteis através da madeira do barril e formação de complexos moleculares
estáveis entreos compostos secundários e água e/ou etanol (Piggott, 1989).
Devido à evaporação de água e etanol durante o envelhecimento, que
pode representar de 1 a 3% do volume armazenado, pode-se observar um
aumento global no teor de componentes secundários. Uma fração do etanol é
oxidada a acetaldeido, conduzindo a formação de ácido acético que, por sua
vez, juntamente com o etanol, leva à formação de acetato de etila,
correspondendo a 80% do total de esteres encontrados na bebida, seguido de
outros que podem aumentar durante o envelhecimento, como caprilato, caprato e
laurato de etila (Puech, 1983; Rigott, 1989).
Durante o envelhecimento, segundo Mendes et ai. (2001), observa-se
que a acidez fixa varia pouco, como também os teores de álcoois superiores
mantêm-se praticamente estáveis; porém, os teores de aldeídos voláteis
diminuem com o tempo, uma vez que o arredondamento do aroma da cachaça
deve-se à oxidação de aldeídos a ácidos e reações entre ácidos e álcoois,
formando os esteres.
Em bebidas armazenadas em barril de madeira ocorre um aumento
progressivo no teor de extrato seco, observando que taninos e compostos
carvalho, segundo Maia (1994), foram identificados vários aldeídos e ácidos
fenólicos como vanilina, siringaldeído, coniferaldeído, sinapaldeído, gálico.
potocatéquico, p-hidroxi-benzóico, p-cumárico, cinâmico, siríngico e vanícico.
Os ácidos vanilina, siringaldeído, coniferaldeído, sinapaldeído, são formados
devido a alcoólise ácida sofrida pela lignina à temperatura ambiente. Devido à
oxidação da dupla ligação o sinapaldeído converte-se em siringaldeído, como
também o coniferaldeído converte-se em vanilina ou em ácido ferúlico pela
oxidação do aldeído (Mendes et ai, 2001).
O envelhecimento entre 5 a 10 anos conduz a compostos que
caracterizam cachaça, como diminuição do teor de metanol acompanhado pelo
aumento dos teores de acetato de etila, acetaldeido, 1,1-dieroximetano. Mendes
etai. (2001) citam que durante o envelhecimento observa-se também a formação
de esteres de álcoois superiores, acetato de isobutila e acetato de isoamila.
Devido à oxidação de ácidos graxos, acompanhado de descarboxilação,
formam-semetilcetonas, as quais em níveis de 0,5 mg/ L permitem numa evolução para o
ranço em cachaça velha.
Aspectos toxicológicos
Alguns elementos presentes na cachaça são responsáveis por inúmeros
comprometimentos à saúde humana, sendo necessário conhecê-los mais
detalhadamente, objetivando suas respectivas relações quanto à presença,
concentração, como também em qual fase da fabricação da bebida estão
presentes.
Algumas substâncias encontradas na cachaça apresentam alto teor de
toxicidade, dentre elas estão o formaldeído e carbamato de etila, produtos que
são carcinogênicos. Dentre os narcóticos estão o acetaldeido, benzaldeído; os
que são responsáveis pela dor de cabeça, como furfural, acetona, metanol, álcool
corrosão dos tecidos orgânicos. Estes componentes fazem parte da fração orgânica da bebida e podem ser influenciados pela cana-de-açúcar, pela fermentação, pela destilação e pelo envelhecimento (Siebald et ai, 2002).
Buscando minimizar a toxicidade da bebida, tomam-se necessários
alguns procedimentos que devem ser tomados pelos produtores de cachaça:
como evitá-la e não corrigi-la manipulando o produto final; conhecer as fontes responsáveis pelos fatores toxicológicos; controlar a natureza quimica e os teores das espécies indesejáveis em todas as fases do processo e controlar o processo de separação das frações cabeça, coração e cauda durante a destilação.
Metabolismo de leveduras
As leveduras são fungos unicelulares, não-filamentosos, caracteristicamente esféricas ou ovais, pertencentes às divisões Ascomycota e Basidiomycota, cuja multiplicação ocorre por fissão binaria, como
Schizosaccharomyces, ou por brotamento, como por exemplo no caso de Saccharomyces.
A levedura Saccharomyces cerevisiae é amplamente utilizada em processos de fermentação alcóolica, pois suporta níveis de etanol em tomo de 12 a 15% (considerado elevado), hidrolisa oligossacarídeos, tais como maltotriose e maltotrealose, em glicose convertendo-a em etanol, como também tolera alta concentração de açúcar sendo osmotolerante (Belin, 1995).
Um dos fatores limitantes para a alta concentração de etanol produzido pelas leveduras é a deficiência nutricional da matéria-prima e não da toxidade do etanol (Casey et ai, 1983) como no caso da produção de cerveja. Se os
requisitos nutricionais forem supridos, poderá ser observado um aumento no
rendimento da fermentação alcoólica e um acréscimo na concentração final de etanol. De acordo com Maia et ai. (1993), em Minas Gerais tem sido utilizado o
enriquecimento do caldo de cana com farinha de milho, farelo de arroz e/ou soja,
o que favorece a viabilidade celular das leveduras.
A concentração de açúcar no caldo deve ser diferente nas duas etapas
distintas do processo fermentativo. Aprimeira está relacionada àpropagação do
microrgamsmo que é feita sob intensa aeração. Normalmente é recomendado
que oteor de açúcar não seja superior a2- 3% (m/v), já que concentrações mais
altas prejudicam a respiração da célula e impedem um crescimento eficiente. A
segunda etapa está relacionada à fermentação propriamente dita, ou seja,
conversão do açúcar aetanol e C02. De acordo com Schwan &Castro (2001),
nesta etapa o teor máximo de açúcar tolerado pela levedura é em tomo de 15%
(m/v). Este limite pode ser variável de acordo com a levedura e as demais
condições do processo fermentativo. Concentrações de açúcares superiores a
15% podem inibir aatividade celular e favorecerem o acúmulo de glicogênio,
acarretando uma diminuição no rendimento alcoólico (Maia et ai, 1993; Walker,
1998).
Nem todo o açúcar presente no mosto é transformado em etanol. Uma
parte é normalmente consumida pelas leveduras, permitindo sua reprodução
celular e mantendo suas funções vitais normais. Os nutrientes adicionados
permitem que a maior fração possível de açúcar seja convertida em novas
células na rase de multiplicação, ou em etanol, durante a fase de fermentação,
deixando uma fração mínima destinada àmanutenção celular (Maia et ai, 1995).
Para que ocorra uma multiplicação vigorosa das células é necessário que
as exigências nutricionais das leveduras sejam supridas, permitindo assim a
reprodução e garantindo a viabilidade celular (Schwan & Castro, 2001). Dentre
os nutrientes requeridos pelas leveduras, e freqüentemente presentes na cana em
quantidades insuficientes, encontram-se substâncias minerais e orgânicas. As
substâncias orgânicas requeridas são as vitaminas e ácidos graxos insaturados
pelo aumento da produtividade (Lima, 2001). Alguns substratos são usados
tradicionalmente no fermento em Minas Gerais, como o fubá de milho, farelo de
arroz e algumas vezes o farelo de soja de acordo com receitas próprias da cada produtor, mas mantendo características típicas das diferentes regiões do Estado
(Pataro et ai, 1998).
As leveduras são capazes de crescimento anaeróbico facultativo, podem utilizar oxigênio ou um componente orgânico como aceptor final de elétrons. Se
for dado acesso ao oxigênio, as leveduras respiram aerobicamente para
metabolizar hidratos de carbono a C02 e H20. Na ausência de oxigênio, elas
fermentam os hidratos de carbono e produzem etanol e COz
f. No mosto aerificado a levedura se reproduz muito rapidamente,
empregando a energia obtida pela metabolização de parte dos açúcares
existentes no meio. Nessa fase não ocorre a formação do álcool, pois a levedura,
tendo muito oxigênio à disposição, oxida o pimvato, formado pela glicólise, no
ciclo do ácido cítrico à C02 e H20. Quando todo o oxigênio existente na doma de fermentação foi consumido, as células da levedura passam a utilizar anaerobicamente o açúcar existente no mosto. A partir deste ponto, a levedura
fermenta esses açúcares em etanol e dióxido de carbono. O processo de fermentação é controlado, em parte, pela concentração de etanol que se forma, pelo pH do meio e pela quantidade de açúcar remanescente (Leninger, 1995).
Y A velocidade da fermentação, assim como a quantidade total de glicose
consumida são muitas vezes maior sob condições anaérobicas do que sob condições aeróbicas, mecanismo conhecido como efeito Pasteur. Isto ocorreporque no processo anaeróbico são produzidas 2 moléculas de ATP e no
processo aeróbico são produzidas 36 ou 38 moléculas de ATP. Portanto, para produzir a mesma quantidade de ATP, é necessário consumir aproximadamente 18 vezes mais glicose em condições anaeróbicas do que em aeróbicas (Leninger,
Gancedo & Serrano (1989) detalharam o metabolismo de carboidratos
por leveduras, atentando para a preferência das mesmas pelas unidades
monoméricas desses compostos. Hammond (1993) complementa que o gênero
Saccharomyces pode utilizar mais de uma fonte de carbono para proceder à
fermentação alcoólica, como maltotreose, sacarose, galactose, maltose, frutose e
glicose. Gancedo (1998) relata que, dentre estas fontes carbonadas, a glicose é o
metabólito de escolha pela grande maioria das células, sendo considerado um
hormônio do crescimento celular.
Uma das formas de ocorrer a fermentação alcoólica parte da degradação
de substratos orgânicos carbonados, através da qual cada molécula destes
originará duas das de ácido pirúvico e quatro de ATP. Nessa reação, as duas
moléculas de pimvato são convertidas em duas moléculas de acetaldeido e duas
de dióxido de carbono por ação de pimvato descarboxilase, que promove uma
descarboxilação simples e não envolve a oxidação do pimvato. A pimvato
descarboxilase requer o cátion Mg2+ etem como coenzima a tiamina pirofosfato.
Em um segundo passo, o acetaldeido é reduzido a etanol por ação da enzima
álcool desidrogenase, tendo o NADH (derivado das ativadades da
gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase, quando utilizada a via glicolitica) como fomecedor de elétrons. A pimvato descarboxilase é característica de muitas leveduras, em
especial as do gênero Saccharomyces,
sendo grandes responsáveis pela
produção de bebidas alcoólicas e de produtos de panificação (Rose, 1977 e 1978; Vogt et ai, 1986; Madigan et ai, 1997; Tortora et ai, 1998).
As leveduras são capazes de armazenar carboidratos em duas formas
distintas: glicogênio (homopolissacarídeo de glicose) e trealose (homodímero de glicose). Estes carboidratos podem chegar a 40% da massa celular seca.
